Солнечные батареи для частного дома

Солнечная энергия может использоваться не только как дополнительный источник электричества в частных загородных домах. Дело в том, что полученного тока просто не хватит для нормального функционирования мощного оборудования. В первую очередь, это системы отопления и горячего водоснабжения, требующие существенных энергозатрат. Поэтому, наряду с системами на основе фотоэлементов, были разработаны специальные солнечные батареи для частного дома или для коттеджа, получившие название солнечных коллекторов.

У них совершенно иной принцип действия, поскольку все они изготавливаются в виде больших коробов, с трубками, наполненными теплоносителем и находящимися внутри. Обычно такие коллекторы размещаются на скатах крыши или на специальных щитах, направленных в сторону солнца. Эффективность систем от солнечных батарей существенно повышается за счет динамических механизмов, осуществляющих поворот конструкции следом за солнцем.

Основные функции и возможности гелиосистем

Отопление и горячее водоснабжение в частном доме, требует специальных мероприятий и большого количества энергии, затрачиваемых для обогрева дома. Многие объекты подключены к централизованным системам, и домовладельцы постоянно сталкиваются с проблемами повышения тарифов на коммунальные услуги. Поэтому в последнее время все чаще рассматривается возможность полного или частичного перехода на альтернативные источники энергоснабжения, чтобы максимально дешево отопить жилье.

В связи с этим, все большую популярность приобретают солнечные коллекторы, которые являются одной из разновидностей солнечных батарей. Только вместо электричества они вырабатывают тепловую энергию, применяемую в автономных системах отопления и подачи горячей воды. Такие солнечные батареи для нагрева воды постепенно становятся дешевле, поэтому они активно покупаются многими потребителями. Расчетный срок эксплуатации составляет около 40 лет, и за такой длительный период системы полностью окупают себя, а в дальнейшем позволяют сэкономить значительные денежные средства.

Помимо основных функций, гелиосистемы обеспечивают подогрев воды в бассейнах, нагревают теплый пол и решают многие другие задачи, охватывающие потребности частного дома. В зависимости от этого, установки могут включать в себя потребное количество тепловых коллекторов, соединяемых в общую систему. Помимо крыш они могут размещаться на стенах зданий или на специально выделенных площадках. Для того чтобы солнечные водонагреватели были максимально эффективными, следует знать общие принципы их работы, конструктивные особенности, правильно выбирать детали и составляющие элементы.

Устройство и компоненты солнечных коллекторов

Принцип работы солнечного коллектора основан на превращении солнечной энергии в тепловую, с ее последующей передачей жидкости, используемой в качестве теплоносителя. Эффективность работы таких установок полностью зависит от солнечной активности. С ростом полученной энергии будут снижаться и потери, увеличивая тем самым коэффициент полезного действия.

Преобразование солнечной энергии осуществляется в специальном абсорбере, поглощающем излучение. Далее происходит нагрев жидкого теплоносителя, который находится в каналах внутри солнечной панели.

Нагретая жидкость попадает в спиралевидную трубу. Этот змеевик размещается в накопительной емкости, наполненной холодной водой. В данном месте теплоноситель и холодная вода вступают во взаимодействие, в результате чего происходит нагрев всей водяной массы. Сам бак оборудован теплоизоляцией, благодаря которой внутри него поддерживается определенный уровень температуры воды.

Для ускорения подогрева в водонагреватели бойлерного типа дополнительно может быть установлен ТЭН вместе с контроллером. Это дает возможность подогревать воду при плохих погодных условиях и в темное время суток. При этом электричество расходуется незначительно, поскольку электрический нагреватель используется только в исключительных случаях. Вместо ТЭНа дополнительный подогрев может выполняться от котла, работающего на газе или твердом топливе.

Эффективность работы системы во многом зависит от запорной арматуры, трубопроводов и других вспомогательных коммуникаций. Они обеспечивают герметичность, изоляцию и устойчивость к давлению воды. Обычные пластиковые трубы не подходят для этих целей, поэтому здесь применяются высококачественные изделия из нержавеющей стали, а трубопроводы прокладываются из медных трубок. Таким образом, предотвращается коррозия, снижается вероятность аварийных ситуаций.

Циркуляция воды в системе происходит под давлением, создаваемым насосами. Бесперебойная работа оборудования и контроль над температурным режимом обеспечивается за счет автоматики.

Принцип действия водонагревателя

Зная устройство и конструктивные особенности системы, становится гораздо легче понять, как работает солнечная батарея для частного дома. Основным элементом установки является сам коллектор. Он изготовлен в виде радиатора, представляющего собой тонкие трубочки, соединенные в общую систему. Внутри них циркулирует теплоноситель, получающий солнечную энергию с поверхности коллектора.

Не менее важное значение имеет накопитель с водой или обогреватель. Данный резервуар одновременно служит и расширительным баком. Оба компонента коллектор и накопитель тесно связаны между собой. Вариантов работы может быть несколько, но наиболее наглядно процесс виден в стандартной схеме с естественной циркуляцией:

  • Теплоноситель из накопительного резервуара под действием силы тяжести поступает в тепловые трубки коллектора, расположенные в его нижней части.
  • Нагреваясь, вода поднимается вверх и вновь попадает в бак, но уже с более высокой температурой.
  • Освободившееся место в трубках снова заполняется холодной водой, передвигающейся в замкнутом цикле.
  • Нагретая вода, находящаяся в резервуаре, поступает в систему отопления или горячей воды. Излишки жидкости снова попадают в теплообменник, где получают новую порцию энергии.

Данная система считается наиболее простой и менее затратной, поскольку в ней не используется циркуляционный насос. В других случаях вода перемещается принудительно, что приводит к дополнительному расходу электроэнергии.

Виды коллекторных систем

Солнечные коллекторные системы выпускаются в различных модификациях. Такое разнообразие дает возможность оборудовать отопление на солнечных батареях и выбрать наиболее оптимальный вариант для конкретных условий эксплуатации.

Циркуляция жидкости в данных устройствах осуществляется в двух вариантах:

  • Естественным путем. Движение воды происходит за счет ее физических свойств. Плотность нагретой жидкости уменьшается, а ее объем увеличивается и она перемещается по трубкам снизу вверх. Вместо нее свободное пространство нижних трубок вновь заполняется холодной водой. В этом случае резервуар размещается выше коллектора, что обеспечивает естественное движение воды.
  • Принудительно. Иногда размещение емкости на большой высоте нецелесообразно, особенно при ее больших размерах. С целью снижения нагрузки на крышу и другие конструкции здания, бак размещается в подвале или в другом специально приспособленном помещении. В этом случае вода самостоятельно циркулировать не сможет, и для ее движения потребуется насос.

Солнечные водонагреватели различаются между собой коллекторами. Наиболее простым считается панельный вариант. В этом случае коллекторные трубки окрашиваются в черный цвет и помещаются в панельный корпус, закрытый прозрачным пластиком или стеклом. Эффективность такой системы невысокая, так как потери тепла наблюдаются уже в самом коллекторе. Ее рекомендуется использовать лишь в качестве вспомогательного подогрева в местах в большим количеством солнечных дней.

Более производительными считаются вакуумные устройства. В них трубки с теплоносителем помещаются в специальную вакуумную колбу, пропускающую солнечное тепло. Вода может нагреваться до температуры кипения, а масло до 200-3000С. При этом тепловые потери самые минимальные, а сама установка позволяет решать задачи отопления и горячего водоснабжения, эффективно подогревать тёплый пол.

Существуют различия и между контурами вентиляции. Разомкнутый тип используется для получения горячей воды в жилых домах. Теплоноситель проходит через контур один раз, и после нагрева используется в быту. На его место поступает другая холодная вода и процесс повторяется.

Одноконтурная система используется для установки в отопительные системы. Нагретый теплоноситель циркулирует по стандартной схеме через коллектор и расширительный бак.

Наиболее популярными считаются универсальные двухконтурные системы. Они обеспечивают не только отопление, но и подачу горячей воды. По первому контуру теплоноситель поступает в теплообменник бойлер, а после нагрева он по второму контуру попадает в систему отопления или горячего водоснабжения.

Как подключить солнечный коллектор

Во всех типовых схемах, показанных на рисунках, должно соблюдаться общее правило, согласно которого энергия солнечного коллектора передается на тепловые аккумуляторы. Таким аккумулятором является бойлер или специальная емкость с установленным внутри теплообменником. В баке должен быть оборудован дополнительный подогрев от электрического ТЭНа или котла на случай пасмурной погоды.

В наиболее простых схемах, применяемых для дома циркуляция жидкости осуществляется самотеком (рис. 1). Для этого расширительная емкость устанавливается выше коллекторной панели не менее чем на полметра. Всем трубопроводам требуется качественная теплоизоляция, толщиной не менее 10 см. Движение самотеком и снижение гидравлического сопротивления обеспечивается за счет большого диаметра труб.

В другом случае вместе с солнечным коллектором используется бойлер косвенного нагрева, к которому дополнительно подключен нагревательный котел (рис. 2). Использование циркуляционного насоса дает возможность монтировать бойлер в любом месте, максимально близком к котлу.

Существует вариант с подключением солнечного водонагревателя к буферной емкости, аккумулирующей тепло (рис. 3). Подобные солнечные батареи для отопления дома обеспечивают подогрев воды и подачу тепла в течение отопительного сезона, а производство горячей воды осуществляется круглый год. В другом случае подключение коллектора выполняется к отдельной аккумулирующей емкости (рис. 4), обеспечивающей все виды нагрева солнечными батареями. Как правило, такая схема применяется при включении в домашнюю работающую систему, чтобы не делать замену установленного оборудования.

На практике к имеющимся принципиальным схемам для обогрева помещений добавляются следующие компоненты:

  • Для сброса повышенного давления при кипении воды используется аварийный клапан.
  • Дополнительный расширительный бак закрытого типа, объем которого должен быть не менее 10% от всего контура. Используется вместе с другими компонентами с системе подогрева воды.
  • Прибор для автоматического отвода воздуха.
  • На трубопроводе холодной воды устанавливается обратный клапан, предотвращающий утечку воды из нагревательного бака. В противном случае может произойти перегрев солнечного коллектора.
  • Автоматические устройства для управления водяными насосами. Они получают информацию от температурных датчиков и отключают контур при отсутствии солнечного излучения. Такая система в частном доме становится дороже, но эффективнее.
  • В зимнее время рекомендуется вместо воды использовать незамерзающую жидкость и с ее помощью отапливать помещения, а летом вновь переходить на воду.
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: